聚合氯化铝的特性及其在水处理、造纸中的应用

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1、聚合氯化铝的特性及其在水处理、造纸中的应用摘要：叙述了聚合氯化铝的基础理论、聚合氯化铝的水解形态及其组成、聚合氯化铝的制造方法及其发展现状，讨论其在水处理、造纸中的应用及作用机理。关键词：聚合氯化铝；絮凝剂；施胶剂；助留、助滤剂长期以来，作为一种高效的絮凝剂，聚合氯化铝一直广泛用于水处理过程中。近些年来，聚合氯化铝也越来越多地应用于造纸工业。八十年代初，欧洲率先开发了分散松香胶(DRS)/聚合氯化铝(PAC)中性施胶系统，用聚合氯化铝代替硫酸铝成功地实现了松香中性施胶。与此同时，聚合氯化铝在造纸湿部还能起到良好的助留、助滤作用。下面

2、，对聚合氯化铝作进一步的认识。一、基本概念1、聚合氯化铝的基本概念聚合氯化铝（PolyaluminiumChloride），简称PAC,通常也称作碱式氯化铝、聚羟基铝等，它是介于氯化铝和氢氧化铝两种物质之间的一种水溶性无机高分子聚合物，通常以通式Aln(OH)mCl3n-m来表示，其中n代表聚合程度，这取决于制备过程中的多方面因素，m表示某种聚合氯化铝产品的中性化程度，即氢氧根离子取代氯离子的多少程度。由此可见，聚合氯化铝所代表的并不是某一种特定的无机化合物，而是一系列无机聚合物的总称。聚合氯化铝的聚合程度受到多种因素的影响，而其中

3、最直接、对其影响最大的是其中氢氧根的含量，因此，人们通常将Al和Cl的比值或碱化度（也称作盐基度）作为其特性参数来描述聚合程度，而尤以后者使用更为普遍。PAC的碱化度按如下公式定义：碱化度B(%)=[OH-]/3[Al3+]×100其中，[OH-]和[Al3+]分别表示氢氧根和铝离子的摩尔浓度，不难发现，碱度还可表示为：碱化度B（%）=m/3n×100也有一些习惯用羟铝比（[OH-]/[Al3+]）来表示的，但其实质上是相同的。如前所述，聚合氯化铝是一系列复杂铝聚合体的混合物，其中最简单的聚铝形式是二聚体，如图所示：它是由两个呈正八

4、面体的水合铝离子生成，其中两个共享的羟基取代了原有的四个水分子而将两个铝离子联结在一起，其化学式可表达为：Al2(OH)2(H2O)84+。由于聚合物的絮凝能力是随其所带电荷呈指数上升的，所以，正四价聚合铝离子的絮凝能力相当于三价铝离子单体的十倍。随着碱化度的提高，聚合铝的聚合度及其所带阳离子的电荷也会进一步增加。例如，六聚体Al6(OH)12(H2O)126+带有六个阳电荷，平均每个铝单体所带阳电荷为一个，但它对阴离子物质的絮凝能力却比带有三个阳电荷的铝单体和平均每个铝单体带有两个阳电荷的二聚体要强大得多。每种聚合氯化铝所包含的聚

5、核型式和数量都因生产工艺和生产条件的不同而不同，甚至于相同碱化度的聚合氯化铝，其聚合体的组成也各不相同，因为这其中还有一个聚合铝产品的有效固含量的因素。工业上生产的聚合氯化铝液体产品的浓度（即有效固含量）一般为20～50%，这相当于6～23%的Al2O3含量，其pH值在1.5至4.0之间不等。生产方法与条件控制的不同造成各种聚合氯化铝产品的性能有很大差异。虽然越来越多的造纸工作者对其产生浓厚的兴趣，但他们总是将聚合氯化铝看作是一种普通意义上的化学品，对其中的某一种产品进行测试、使用和试验，期望它能达到预期的各种效果，而实际情况并非如

6、此，结果往往是与想象背道而驰，这就容易造成他们对这一产品失去信心。PAC产品通常按其碱化度的大小来区分，一般可将其分为三类：低碱化度PAC（碱化度为0～16.67%）、中碱化度PAC(碱化度为16.67～50%）和高碱化度PAC（碱化度为50～83.3%）。用于造纸湿部的典型PAC多数为低或中等碱化度的PAC，而高碱化度PAC多用作水处理或污水处理的絮凝剂。2、PAC的形态组成与分析长期以来，各学科的众多研究工作者对铝的水化学反应及其形态组成进行了大量的研究，采用了许多不同的分析检测手段，其中包括诸如光谱分析、电化学以及热力学等方法

7、。但由于铝的水解化学反应极为复杂，水解形态的组成千变万化，再加上许多实验研究结果均是在不同条件下取得的，尤其是所用实验样品是在不同的物理化学环境中、以不同的操作方法制备出来的。因此到目前为止，仍难以确切地了解反应生成的各种羟基铝络离子，尤其是聚合羟基铝络离子的组成和稳定性。铝化合态的传统研究方法是化学分析法和电位滴定法，最初的理论认为，铝水解产物的羟基化合态是由单体到聚合物按六元环的模式发展，直到生成沉淀仍保持着拜耳石的结构，但它缺乏直接的结构分析证实。造纸界普遍接受Hayden--Rubin理论，认为明矾水解产物的主要有效成分是A

8、l8(OH)204+、Al8(OH)10(SO4)54+以及Al(OH)3絮团。近年来，由于一些新的分析测试手段的出现，铝离子水解产物的结构分析方法也得到进一步发展。最近的一些研究结果表明，铝离子水解产物中的有效基团可能是由更多铝离子